专利名称：电池保护电路及采用该保护电路的电池的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种电池保护电路，特别是涉及一种可消除电池安装时产 生电火花的电池保护电路及采用该保护电路的电池。
背景技术：
各类电子产品，例如笔记本电脑(Notebook Computer )、平板型电脑(Tablet Computer)等在使用时均需要直流电做为电子产品的电源。为避免使用上用 电的局限，造成使用范围、电线的牵绊而影响使用的方便性，常用的办法就 是采用电池供电的方式。近年来，以笔记本电脑为例，由于计算机技术的突飞猛进，也使得中央 处理单元(CPU)与视频图形阵列(Video Graphics Array, VGA)的效能得以 不断提升，随着功能的不断完善，也促使人们对其周边元件越来越重视。随 着对电池材料的改进，其使用寿命延长，使用电池更加成为许多经常外出的 人士所喜爱的一种供电方式。然而，电池在安装于笔记本电脑或置于充电器 充电插拔的过程中，经常会听到细微的噼叭声或看到火花，这是由于电池供 电时接触不稳定产生的，不仅可能产生高压危险，甚至造成电池和电子产品 的燃烧，从而成为电池使用的隐患。因此，若能提供一种可避免安装于电子产品时或者在与充电器插拔过程 中产生电火花的电池，不仅能提高电池及电子产品的使用寿命，电子产品的 使用者也可以免于使用时受隐患所困扰。发明内容有鉴于此，实有必要提供一种可消除安装/插拔时产生电火花的电池保护 电路及一种采用该j呆护电路的电池。一种电池保护电路，用于控制电池对系统的供电，该电池保护电路包括 一感测电路及一控制电路，该感测电^各包括一个三轴加速规，该三轴加速规 用于感测电池处于非稳定状态时位置的变化，且该三轴加速规的X轴、Y轴、 Z轴三个输出端的输出电压随电池的位置变化而变化，该感测电路才艮据三轴 加速规的X轴、Y轴、Z轴三个输出端的输出电压最后产生一控制电压至所 述的控制电路，当电池处于非稳定状态时，该控制电压关闭该控制电路而使 电池不能实现对该系统供电，当电池处于稳定状态时，该控制电压开启该控 制电路而使电池实现对该系统供电。一种电池，用于对系统供电，该电池内整合有上述电池保护电路。 与现有4支术相比，通过该感测电路中的三轴加速^见感测电池在安装过程 中电池作非匀速运动时位移的变化，并输出特定的控制电压至控制电路中， 控制该控制电路中开关的开启与关闭，从而控制电池是否向系统供电，达到 消除电池安装或者拆卸时因接触不稳定而产生电火花的目的，保证系统的安 全性，使电池的应用更加安全可靠，增加系统和电池的使用寿命。
下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步描述。图l是本发明电池保护电路的电路功能方块图。图2是本发明电池保护电路中稳压电压源的其中 一实施例的电路图。图3是本发明电池保护电路除去稳压电压源部分的其中一实施例的电路图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明。本发明提供一种电池保护电路，可应用于笔记本电脑、平板型电脑等电 子产品的电池上，该电池保护电路整合于电池上，因而对使用该电池的电子 产品具有兼容性。图l是本发明电池保护电路的电路功能方块图，该电池保护 电路连接于电池100与由电子产品构成的系统150之间，包括一稳压电压源10、 一感测电路20、 一控制电路30及一反馈电路40。其中，系统150可为上述提到 的各类电子产品。如图2所示，该稳压电压源10包括若干输出端161、 162、 163、 164、 165, 以分别输出不同的电压值，该稳压电压源10由若干串联或并联的电池所形成
的电池组12和若干分压电路组成，该实施例中分压电路包括由两电阻R1、 R2 串联形成的第一分压电路141、由两电阻R3、 R4串联形成的第二分压电路142、 由两电阻R5、 R6串联形成的第三分压电路143、由两电阻R7、 R8串联形成的 第四分压电路144及由两电阻R9、 R10串联形成的第五分压电路145。第一分 压电路141通过结点1411与电池组12连接，第二分压电路142、第三分压电路 143、第四分压电路144及第五分压电路145均与电阻R2相互并联，即连接于 R2两端的结点1421、 1422之间，其中结点1422与地极相连。输出端161、 162、 163、 164、 165分别自分压电路141、 142、 143、 144、 145的两电阻之间引出， 即第一输出端161自第一分压电路141的两电阻R1、 R2之间(即结点1421处) 引出，第二输出端162自第二分压电路142的两电阻R3、 R4之间引出，第三输 出端163自第三分压电路143的两电阻R5、 R6之间引出，第四输出端164自第 四分压电路144的两电阻R7、 R8之间引出，第五输出端165自第五分压电路145 的两电阻R9、 R10之间引出。电池组12向各分压电路141、 142、 143、 144、 145提供电压，通过调节各分压电路141、 142、 143、 144、 145中电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R9、 R10的大小，达到控制各输出端161、 162、 163、 164、 165上的输出电压的大小。如图3所示，该感测电路20包括一个三轴加速规22、 一比较电路24及一选 择电路26。该三轴加速规22本体产生移动或转动时，其内部结构的CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)微结构产生位移，造成电容值 的变化，再转换为特定的输出电压讯号。该三轴加速M22的开关脚位Vdd通过 电阻R45连接至稳压电压源10的第一输出端161。本实施例中，假设该三轴加 速规22所需的开启电压大小为5V，由稳压电压源10的第一输出端161提供。 当电池100产生移动或倾斜时，三轴加速规22随着电池100—起移动或者倾斜， 其X轴、Y轴、Z轴三轴分别输出相应的电压值至比较电路24,根据该三轴加 速规22的输出特性，将三轴加速规22水平放置稳定后，其X轴、Y轴输出端的 输出电压均为Vdd/2,即2.5V; Z轴输出端的输出电压为Vdd/2+0.66V,即约3.2V。该比较电路24由六个电压比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6组成，每一 比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6均包括两输入端(即一同相端U+和一反相 端U-)及一输出端，当比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6的同相端U+输入电 压小于反相端U输入电压时，比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6输出低电平，
相反则输出高电平。其中该三轴加速规22的X轴输出端与第一比较器U1的同 相端Ul+和第二比较器U2的反相端U2-电连接，Y轴输出端与第三比较器U3的 同相端U3+和第四比较器U4的反相端U4—电连接，Z轴输出端与第五比较器U5 的同相端U5+和第六比较器U6的反相端U6.电连接，这些比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6共分成三组，与三轴加速规22的同一轴(X轴、Y轴或Z轴)的 输出端电连接的两个比较器(U1、 U2)、 (U3、 U4)或(U5、 U6)分别形成 为一组。比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6的另一输入端UL 、 U2+ 、 U3_ 、 U4+ 、 U5. 、 U6+则与稳压电压源10的其他输出端162、 163、 164、 165电连接， 即第一比较器U1的反相端UL、第三比较器U3的反相端U3—均与第五输出端 165电连接，第二比较器U2的同相端U2+、第四比较器U4的同相端U4+分别与 第四输出端164电连接，第五比较器U5的反相端U5-与第二输出端162电连接， 第六比较器U6的同相端U6+与第三输出端163电连接。本实施例中，假设该三轴加速规22的灵敏度为士0.1V，为了使得该三轴加 速规22发生稍孩i的倾斜或者加速运动，就使X轴、Y轴、Z轴中的至少一轴输 出端的输出电压变化并超出范围，据此确定第五输出端165输出的电压大小为 2.6V,第四输出端165输出的电压为2.4V，第二输出端165输出的电压大小为 3.3V，第三输出端165输出的电压大小为3.1V。当该三轴加速规22处于稳定状 态时，其X轴、Y轴、Z轴输出端的输出电压分别为2.5V、 2.5V、 3.2V，使各 比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6的同相输入端U+的电压均小于其反相输入 端U的电压，从而比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6均输出低电平0V。否贝'J, 当该三轴加速规22处于非稳定状态时比如在安装或者拆卸过程中，使任一轴 (X轴、Y轴或Z轴)输出端的输出电压超出2.4V 2.6V或者3.1V 3.3V这一范 围时，将会导致上述三组比较器(U1、 U2)、 (U3、 U4)或(U5、 U6)中至 少 一组的其中 一个比较器的同相输入端U+的电压高于其反相输入端U-的电 压，从而使该比较器输出高电平。比如以与该三轴加速规22的X轴连接的第 一组的两个比较器(U1、 U2)为例，第一比较器Ul的同相端Ul+和第二比较器 U2的反相端U2—均与X轴输出端电连接，当该三轴加速规22由于处于非稳定状 态而使X轴输出端的输出电压大于2.6V时，将会导致第一比较器U1的同相输 入端Ul+的电压高于其反相输入端Ul—的电压，从而使第一比较器U1输出高电 平；同理，当X轴输出端的输出电压变得小于2.4时，将会导致第二比较器U2
的同相输入端U2+的电压高于其反相输入端U2-的电压，从而使第二比较器U2 丰餘出高电平。由于上述三轴加速规22的开启电压5V及各比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6中输入端U1. 、 U2+ 、 U3- 、 U4+ 、 U5-、 U6+的输入电压2.6V、 2.4V、 2.6V、 2.4V、 3.1V、 3.3V均由稳压电压源10提供，本实施例中假设该稳压电压源10 的电池组12可提供的输出电压为7.4V，由此可分别确定第一、第二、第三、 第四及第五分压电路141、 142、 143、 144、 145中各电阻R1、 R2、 R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R9、 R10的阻值，使自该两电阻R1、 R2之间引出的输出 端161的输出电压大小为5V,并将该输出端161通过电阻R45连接至三轴加速 规22的开关脚位Vdd,使自第二分压电路142的两电阻R3、 R4之间引出的输出 端162的输出电压大小为3.3V，并连接至第五比较器U5的反相端U5.，使自第 三分压电路143的两电阻R5、 R6之间引出的输出端163的输出电压大小为 3.1V，并连接至第六比较器U6的同相端U6+，使自第四分压电路144的两电阻 R7、 R8之间引出的输出端164的输出电压大小为2.4V,并连接至第二、第四 比较器U2、 1;4的同相端112+ 、 U4+，使自第五分压电路145的两电阻R9、 R10 之间引出的输出端165的输出电压大小为2.6V，并连接至第一、第三比较器U1、 U3的反相端U1— 、 U3-。该选择电路26包括五个或门261、 262、 263、 264、 265,而每一或门261、 262、 263、 264、 265包括两输入端和一输出端，其中第一、二比较器U1、 U2 的输出端分别连接至第一或门261的两输入端，第三、第四比较器U3、 U4的 输出端分别连接至第二或门262的两输入端，第五、第六比较器U5、 U6的输 出端分别连接至第三或门263的两输入端。该三个或门261、 262、 263对比较 器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6的输出结果进行运算，当同一或门261、 262、 263的两输入端均输入低电平时，其输出端亦输出低电平，当两输入端中其一 为高电平时，其输出端即输出高电平。第一、第二或门261、 262的输出端连 接至第四或门264的两输入端，第四、第三或门264、 263的输出端再连接至第 五或门265的两输入端。因此，当比较电路24中任一比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6的输出为高电平，即当X轴输出端的输出电压变化并大于2.6V或小于 2.4V,或者Y轴输出端的输出电压变化并大于2.6V或小于2.4V，或者Z轴输出 端的输出电压变化并大于3.3V或小于3.1V时，该第五或门265的输出端将输出 高电平，即当三轴加速规22的X轴、Y轴、Z轴中任一轴输出端的输出电压变 化并超出一定范围时，选择电路26最后输出高电平。该控制电路30包括一电压比较器U7及一开关电路32。该比较器U7的反相 端U7.与感测电路20中第五或门265的输出端电连接，同相端U7+则经过一电阻 R33连接至电池100与系统150之间，两肖特基二极管D1、 D2连接在比较器U7 的同相端U7+与地(GND)之间。肖特基二极管D1、 D2具有正向导通电压小， 且导通后稳压性能好的优点，该两肖特基二极管D1、 D2导通后的稳压值即为 该比较器U7的同相端U7+的输入电压，本实施例中假设该两肖特基二极管导 通时的稳压值均为0.4V。与比较电路24中各比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6相同，当比较器U7的反相端U7—输入电压(即第五或门265输出端的输出电 压)大于其同相端U7+输入电压时，比较器U7的输出端输出低电平，即当三 轴加速规22的X轴、Y轴、Z轴中任一轴输出端的输出电压产生变化并超出一 定范围时，选择电路26最后输出高电平至比较器U7的反相端U7」使得比较器 U7的输出端输出低电平。该开关电路32由金属-氧化物-半导体场效应管 (Meial-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET,简称MOS场 效应管)Q1、 Q2和电阻R31连接组成。其中Q2的栅极G与比较器U7的输出端 相连，源极S接地，漏极D与Q1的栅极G相连，Q1的源极S与电池100相连，漏 极D则连接至系统150，电阻R31连接在Q1的源极S和Q2的漏极D( Q1的栅极G ) 之间。Q2为正电压导通的N沟道增强型MOS场效应管，在外加栅极G与源极S 之间电压等于或大于Q2的阀值电压(VT)时，Q2导通。Q1为负电压导通的P 沟道增强型MOS场效应管，其与N沟道增强型MOS场效应管的区别在于，Ql 的阀值电压为负数，当外加栅极G与源极S之间的电压为负电压且绝对值大于 其阀值电压的绝对值时，Ql才会导通。本实施例中，假定Q1的阀值电压的绝 对值与Q2的阀值电压相等，且假定Q2的阀值电压为4.5V。当比较器U7的输出 端输出低电平时，即Q2的栅极G接入低电平，开关电路32中Q2、 Ql均不导通， 开关电路32关闭，即当三轴加速规22的X轴、Y轴、Z轴中任一轴输出端的输 出电压产生变化时，比较器U7的输出端输出低电平至Q2的栅极G，开关电路 32关闭，电池100不向系统150供电，详如后述。该反馈电路40包括一正电压导通的N沟道增强型MOS场效应管Q3， Q3的 栅极G与系统150的一反馈电压端152电连接，源极S接地，而漏极D与感测电 路20中的三轴加速规22的开关脚位Vdd连接，当电池100安装稳定并向系统150 供电时，系统150通过该反馈电路40关闭三轴加速规22。本实施例中，假定 Q3的闹值电压与Q2的阀值电压相等。
下面以一具体实施例说明该保护电路的工作过程，假设系统150所需的工 作电压为20V，即电池100向系统150提供电压为20V的工作电压。
当电池100在安装或者拆卸的过程中，三轴加速^L22将感测到电池100位 移的变化，其X轴、Y轴、Z轴三轴输出端的输出电压也随之不断变化，使得 X轴输出端的输出电压大于2.6V或小于2.4V，或者Y轴输出端的输出电压大于 2.6V或小于2.4V，或者Z轴输出端的输出电压大于3.3V或小于3.1V，从而使比 较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6中至少有一个输出端输出高电平5V，从而第 五或门265的输出端亦输出高电平5V,该高电平5V输入至控制电路30中比较 器U7的反相端U7-,使得比较器U7的反相端U7.的输入电压大于同相端U7+的 输入电压，最终比较器U7将输出低电平0V,该低电平0V输入至Q2的栅极G, 使得Q2的栅极G与源极S之间的电压为0V，从而Q2不导通。而Q2不导通，则 Q1的栅极G、源极S之间电压，从而Q1也不导通，电池100与系统150之间形 成开路，电池100不向系统150供电，从而避免了安装或者拆卸过程中电池IOO 与系统150不稳定接触时产生电火花，保证了系统150的安全。
当电池100安装稳定时，三轴加速规22的X轴与Y轴输入2.5V的电压，而Z 轴输入3.2V的电压，各比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 116的同相输入端11+ 的电压均小于其反相输入端U的电压，比较器U1、 U2、 U3、 U4、 U5、 U6均 输出低电平OV,因此，第五或门265最后输出低电平0V。控制电路30中，由 于两肖特基二极管D1、 D2的稳压值均为0.4V，因而比较器U7的同相端U7+的 输入电压为0.8V,而反相端U7-的输入电压为第五或门265的输出电压为低电 平OV,反相端U7-的输入电压小于同相端U7+的输入电压，比较器U7输出高电 平5V至Q2的栅极G，使得Q2的栅极G与源极S之间电压为5V，大于Q2的阀值 电压4.5V, Q2开启，Q2的漏极D与源极S之间形成通路。由于Q2的源极S接地， Q2的漏极D与源极S两极均变为低电平，然而Q2的漏极D的输出电压即为Ql 的外加栅极G电压，从而Q1的外加栅极G与源极S之间的电压为R31两端的电 压为-20V，其绝对值大于Q1的阀值电压的绝对值，Ql亦导通，Q1的漏极D与
源极S之间形成通路，电池100向系统150供电。此时，系统150的反馈电压端 152输出一个5V的反馈电压至Q3的栅极G， Q3开启，Q3的漏极D与源极S之间 形成通路，连接该三轴加速规22开关脚位Vdd的输入端161经过电阻R45、 Q3 的漏极D、源极S及地极形成串联通路，三轴加速规22被短路而停止工作。此 后过程中，电池100将实现持续向系统150供电。
权利要求
1. 一种电池保护电路，用于控制电池对系统的供电，其特征在于该电池保护电路包括一感测电路及一控制电路，该感测电路包括一个三轴加速规，该三轴加速规用于感测电池处于非稳定状态时位置的变化，且该三轴加速规的X轴、Y轴、Z轴三个输出端的输出电压随电池的位置变化而变化，该感测电路根据三轴加速规的X轴、Y轴、Z轴三个输出端的输出电压最后产生一控制电压至所述的控制电路，当电池处于非稳定状态时，该控制电压关闭该控制电路而使电池不能实现对该系统供电，当电池处于稳定状态时，该控制电压开启该控制电路而使电池实现对该系统供电。
2. 如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于该控制电路包括一 电压控制器、至少一个肖特基二极管及一开关电路，该电压控制器的同相端 通过一 电阻连接至电池，该至少 一个肖特基二极管连接于电压控制器的同相 端与地极之间，开关电路与该电压控制器的输出端电连接，该电压控制器的 反相端与所述控制电压连接。
3. 如权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于所述开关电路包括 两个金属-氧化物-半导体场效应管和一电阻，所述两个金属-氧化物-半导体场 效应管分别为源极连接在电池的一 P沟道增强型场效应管和栅极连接在电压 控制器的输出端的一 N沟道增强型场效应管，该N沟道增强型场效应管的源 极接地，该N沟道增强型场效应管的漏极与该P沟道增强型场效应管的栅极 连接，该P沟道增强型场效应管的漏极与系统连接，该电阻连接在电池与P 沟道增强型场效应管的4册极之间。
4. 如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于该感测电路还包括 由若干电压比较器连接组成的一比较电路及与该比较电路连接的一选择电 路，每一电压比较器包括两个输入端和一个输出端，其中一个输入端与三轴 加速规的X轴、Y轴与Z轴中的其中一轴的输出端相连接，，另一个输入端 与一基准电压相连接，而输出端与与选择电路相连接。
5. 如权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于还包括一稳压电压 源，所述稳压电压源包括若干分压电路，其中一个分压电路与三轴加速规电 连接，所述比较电路的每一电压比较器的基准电压由该稳压电压源其他分压 电路中的其中一个分压电路提供。
6. 如权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于还包括连接于系统 与三轴加速规之间的一反馈电路，所述反馈电路包括栅极与系统连接的一 N 沟道增强型金属-氧化物-半导体场效应管，该场效应管源极接地，漏极连接至 该三轴加速规的开关脚位，该反馈电路在电池处于稳定状态而电池实现对系 统供电时接受系统发出的一反馈电压而中断该稳压电压源对该三轴加速规的 开关脚位的供电。
7. 如权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于该比较电路包括六 个电压比较器，该选择电路包括五个或门，每一个或门包括两个输入端和一 个输出端，该六个电压比较器的六个输出端分别与其中的三个或门的六个输 入端电连接，该三个或门中其中两个或门的输出端与第四或门的两输入端电 连接，该三个或门中另外一个或门的输出端与该第四或门的输出端分别与第 五或门的两输入端电连接，所述控制电压由该第五或门的输出端输出。
8. 如权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于该六个电压比较器 分别为第一电压比较器、第二电压比较器、第三电压比较器、第四电压比较 器、第五电压比较器与第六电压比较器，该三轴加速规的X轴输出端与第一 电压比较器的同相输入端及第二比较器的反相输入端电连接，Y轴输出端与 第三电压比较器的同相输入端及第四电压比较器的反相输入端电连接，Z轴 输出端与第五电压比较器的同相输入端及第六电压比较器的反相输入端电连 接。
9. 如权利要求8所述的电池保护电路，其特征在于所述稳压电压源包端与三轴加速规的开关脚位电连接，另外一输出端同时与第一、第三电压比 较器的反相输入端电连接，再另外一输出端同时与第二、第四电压比较器的同相输入端电连接，最后其余两输出端分别与第五电压比较器的反相输入端 及第六电压比较器的同相输入端电连接。
10. —种电池，用于对系统供电，其特征在于该电池内整合有一保护 电路，该保护电路为权利要求1至9任一项所述的电池保护电路。
全文摘要
一种电池保护电路，用于控制电池对系统的供电，该电池保护电路包括一感测电路及一控制电路，该感测电路包括一个三轴加速规，该三轴加速规用于感测电池处于非稳定状态时位置的变化，且该三轴加速规的X轴、Y轴、Z轴三个输出端的输出电压随电池的位置变化而变化，该感测电路根据三轴加速规的X轴、Y轴、Z轴三个输出端的输出电压最后产生一控制电压至所述的控制电路，当电池处于非稳定状态时，该控制电压关闭该控制电路而使电池不能实现对该系统供电，当电池处于稳定状态时，该控制电压开启该控制电路而使电池实现对该系统供电，达到消除电池安装或拆卸时因接触不稳定向系统供电而产生电火花的目的。
文档编号H02H7/18GK101212135SQ20061015776
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月27日 优先权日2006年12月27日
发明者冰 王, 马肇鸿 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司